第六章機(jī)械加工精度第一節(jié)影響加工精度的因素第二節(jié)工藝系統(tǒng)的受力變形和熱變形第三節(jié)經(jīng)濟(jì)精度和經(jīng)濟(jì)表面粗糙度第一節(jié)影響加工精度的因素(1)加工原理誤差加工原理誤差是指采用了近似的成形運(yùn)動(dòng)或近似的刀刃輪廓進(jìn)行加工而產(chǎn)生的誤差，例如用滾刀加工漸開(kāi)線齒輪時(shí)，就有兩種誤差存在:一是由于制造上的困難，采用阿基米德蝸桿或法向直廓蝸桿代替漸開(kāi)線蝸桿，而導(dǎo)致刀具輪廓近似造成誤差;二是由于滾刀刀齒數(shù)有限，導(dǎo)致實(shí)際加工出的齒廓是一條折線，與理論上的光滑漸開(kāi)線有差異。采用近似的成形運(yùn)動(dòng)或刀刃輪廓，雖然會(huì)產(chǎn)生加工原理誤差，但這樣做往往可以簡(jiǎn)化機(jī)床和刀具的結(jié)構(gòu)，反而有利于保證加工精度，并且能提高生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性。(2)機(jī)床的幾何誤差機(jī)床的制造誤差、安裝誤差及使用中的磨損等，都會(huì)在加工中直接影響刀具與工件之間的相互位置精度，造成加工誤差。主要有如下幾種誤差:下一頁(yè)

返回第一節(jié)影響加工精度的因素①主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差是指主軸實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線相對(duì)理論回轉(zhuǎn)軸線的偏離程度。它包括三種基本形式:軸向竄動(dòng)、徑向跳動(dòng)和角度擺動(dòng)(圖6-1(a)、圖6-1(b)、圖6-1(c))。實(shí)際上，這三種基本形式往往是同時(shí)存在的，如圖6-1(d)所示。機(jī)床主軸是安裝工件或刀具的基準(zhǔn)，并把動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞給工件或刀具，因此，主軸回轉(zhuǎn)精度是機(jī)床的重要精度指標(biāo)之一。它是決定加工表面幾何形狀精度、表面波度和表面粗糙度的主要因素。②導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差導(dǎo)軌在機(jī)床中起導(dǎo)向和承載作用。它既是確定機(jī)床主要部件相對(duì)位置的基準(zhǔn)，又是運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn)，其制造和裝配精度是影響直線運(yùn)動(dòng)精度的主要因素，并直接反映到零件的加工精度上。上一頁(yè)

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返回第一節(jié)影響加工精度的因素導(dǎo)軌在水平面內(nèi)直線度誤差這種誤差如圖6-2中的△1，對(duì)于普通車床和外圓磨床，它將直接反映在工件已加工表面的法線方向上，對(duì)加工精度影響很大，使工件產(chǎn)生圓柱度誤差。導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線度誤差這種誤差如圖6-2中的△2，對(duì)普通車床和外圓磨床，它發(fā)生在工件已加工表面的切線方向上，對(duì)零件的形狀精度影響不大。但對(duì)平面磨床、劍床、銑床，它將引起工件的法向位移，造成形狀誤差。導(dǎo)軌面間的平行度誤差如圖6-3所示，車床兩導(dǎo)軌的平行度產(chǎn)生誤差△(扭曲)，使大拖板產(chǎn)生橫向傾抖，刀具產(chǎn)生位移，因而引起工件的形狀誤差。上一頁(yè)

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返回第一節(jié)影響加工精度的因素機(jī)床的安裝對(duì)導(dǎo)軌的原有精度影響很大。尤其是床身較長(zhǎng)的龍門刨床、導(dǎo)軌磨床等，因?qū)к夐L(zhǎng)，剛性差，并在本身自重的作用下容易產(chǎn)生變形，如果安裝不正確或地基不堅(jiān)實(shí)，都會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)軌產(chǎn)生較大的變形，使工件的加工精度受到影響。③機(jī)床的傳動(dòng)誤差機(jī)床的傳動(dòng)誤差是指實(shí)現(xiàn)機(jī)床切削運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)本身的制造誤差、安裝誤差和工作中的磨損，引起切削運(yùn)動(dòng)的不準(zhǔn)確程度。

(3)刀具誤差刀具誤差是指刀具的制造誤差和尺寸磨損對(duì)工件加工精度的影響，隨刀具的種類而異。一般刀具(如普通車刀、刨刀、單刃鎖刀、平面銑刀等)的制造誤差，對(duì)工件加工精度沒(méi)有直接影響。但當(dāng)?shù)毒吲c工件間的相對(duì)位置調(diào)整好后，在加工過(guò)程中，刀具的磨損將會(huì)影響加工精度。上一頁(yè)

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返回第一節(jié)影響加工精度的因素成形刀具(如成形車刀、成形銑刀、成形砂輪、齒輪刀具等)的制造誤差和尺寸磨損，都會(huì)影響工件的形狀精度和尺寸精度。定尺寸刀具(如鉆頭、鉸刀、絲錐、鍵槽銑刀等)的制造誤差和尺寸磨損，均會(huì)影響工件的尺寸精度。刀具安裝不正確、刃磨不對(duì)稱，也會(huì)影響工件的尺寸精度。(4)夾具誤差?yuàn)A具誤差是指夾具的定位元件、導(dǎo)向元件及夾具等的加工誤差和裝配誤差。它對(duì)被加工零件的位置誤差影響較大，其次是影響尺寸誤差和形狀誤差。夾具的磨損是緩慢的，故對(duì)加工誤差的影響不太明顯。另外，夾緊變形也會(huì)造成工件的加工誤差。(5)調(diào)整誤差在機(jī)械加工的每一道工序中，總是要對(duì)工藝系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，但調(diào)整總不可能絕對(duì)準(zhǔn)確，也就帶來(lái)了一些原始誤差，即調(diào)整誤差。上一頁(yè)

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返回第一節(jié)影響加工精度的因素加工中，因工件的生產(chǎn)批量和加工精度的不同，其調(diào)整方法亦不同。如大量生產(chǎn)時(shí)，常用樣件、樣板、靠模等調(diào)整工藝系統(tǒng);單件小批生產(chǎn)時(shí)，則多采用試切法來(lái)調(diào)整。①試切法調(diào)整試切法調(diào)整的誤差來(lái)源有:側(cè)量誤差側(cè)量工具的制造誤差、讀數(shù)誤差及側(cè)量溫度、側(cè)量力的變化所引起的誤差。進(jìn)給機(jī)構(gòu)的位移誤差在試切中，由于低速微量進(jìn)給，常會(huì)出現(xiàn)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的爬行現(xiàn)象，其結(jié)果是實(shí)際進(jìn)給量比轉(zhuǎn)動(dòng)刻度盤(pán)的數(shù)值要偏大或偏小些，造成加工誤差。最小切削厚度極限的影響精加工時(shí)，試切的最后一刀余量總是很小的，當(dāng)達(dá)到切削厚度的極限值時(shí)，則刀具只起擠壓而不起切削作用。上一頁(yè)

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返回第一節(jié)影響加工精度的因素②用調(diào)整法調(diào)整用定程機(jī)構(gòu)調(diào)整在半自動(dòng)機(jī)床、自動(dòng)機(jī)床和自動(dòng)線上，廣泛采用行程檔塊、靠模、凸輪等機(jī)構(gòu)來(lái)保證加工精度。這些機(jī)構(gòu)的制造精度和剛度，以及與之配合使用的離合器、控制閥等的靈敏度。形成影響調(diào)整誤差的主要原因。用樣件或樣板調(diào)整在各種仿形機(jī)床、多刀機(jī)床和專用機(jī)床加工中，常采用樣件或樣板來(lái)調(diào)整刀具、機(jī)床與工件之間的相對(duì)位置。此時(shí)，樣件或樣板的制造誤差、安裝誤差和對(duì)刀誤差就是調(diào)整誤差的來(lái)源之一。上一頁(yè)

返回第二節(jié)工藝系統(tǒng)的受力變形和熱變形一、受力變形在機(jī)械加工中，工藝系統(tǒng)在切削力、傳動(dòng)力、慣性力、夾緊力及重力等作用下，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變形(彈性變形和塑性變形)，由此導(dǎo)致刀具與工件之間己調(diào)整好的正確位置關(guān)系被破壞，從而產(chǎn)生加工誤差。1.切削力作用點(diǎn)位置變化引起的加工誤差在切削過(guò)程中，工藝系統(tǒng)的剛度隨切削力作用點(diǎn)位置的變化而變化，從而引起工藝系統(tǒng)變形的不斷變化，使已加工表面產(chǎn)生幾何形狀誤差。例如車削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，工件在切削力的作用下產(chǎn)生彎曲變形，而且變形的程度隨走JJ位置的變化而變化，加工后會(huì)出現(xiàn)圓柱度誤差形成鼓形。下一頁(yè)

返回第二節(jié)工藝系統(tǒng)的受力變形和熱變形2.切削力變化引起的加工誤差在切削過(guò)程中，由于被加工表面的幾何形狀誤差和材質(zhì)的不均勻，而引起切削力的變化，導(dǎo)致工件的加工誤差。由于毛坯的圓度誤差，使車削時(shí)刀具的背吃刀量在ap1和ap2之間變化，因此，背向力Fp也隨背吃刀量的變化變到，致使工藝系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)的變形(即由y1變到y(tǒng)2)，也就使得已加工表面形成了圓度誤差，這種現(xiàn)象稱為“誤差復(fù)映”。3.慣性力和傳動(dòng)力引起的加工誤差在高速旋轉(zhuǎn)切削質(zhì)量不平衡工件時(shí)，離心力和背向力的方向，有時(shí)相同，有時(shí)相反，使工件產(chǎn)生圓度誤差，如圖6-6所示。上一頁(yè)

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返回第二節(jié)工藝系統(tǒng)的受力變形和熱變形在車床或磨床上加工軸類零件時(shí)，常用單爪撥盤(pán)帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)。傳動(dòng)力在撥盤(pán)的每一轉(zhuǎn)中，經(jīng)常改變方向，有時(shí)和背向力同向，有時(shí)反向，因此它也會(huì)造成工件的圓度誤差(如圖6-7)。4.夾緊力和重力引起的加工誤差工件在裝夾過(guò)程中，由于工件剛度較低或夾緊力F的著力點(diǎn)不當(dāng)，將會(huì)引起工件變形，造成加工誤差(如圖6-8)。在工藝系統(tǒng)中，因零部件自重也會(huì)引起變形，造成加工誤差。如圖6-9所示為搖臂鉆床的搖臂在主軸箱自重的作用下，所產(chǎn)生的變形。二、熱變形上一頁(yè)

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返回第二節(jié)工藝系統(tǒng)的受力變形和熱變形在機(jī)械加工中，工藝系統(tǒng)在各種熱源的影響下，常產(chǎn)生復(fù)雜的變形，破壞了工件與刀具之間的相對(duì)位置和相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，造成加工誤差。在精密加工中，熱變形引起的加工誤差占總加工誤差的40%~70%。熱變形既降低了系統(tǒng)的加工精度又降低了加工效率。1.工藝系統(tǒng)的熱源工藝系統(tǒng)的熱源大致分為內(nèi)部熱源和外部熱源兩大類。內(nèi)部熱源包括切削熱和摩擦熱，外部熱源包括環(huán)境溫度和輻射熱。2.機(jī)床熱變形引起的加工誤差上一頁(yè)

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返回機(jī)床受熱源的影響，各部分溫度將發(fā)生變化，因熱源分布的不均勻性和機(jī)床結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，使機(jī)床各部件產(chǎn)生不同程度的熱變形，破壞了機(jī)床原有的幾何精度，從而造成加工誤差。不同類型的機(jī)床因其結(jié)構(gòu)和工作條件的差異，而使熱源和變形形式各不相同。磨床的熱變形對(duì)加工誤差的影響較大，一般外圓磨床的主要熱源是砂輪主軸的摩擦熱和液壓系統(tǒng)的發(fā)熱;而車、銑、鉆、鎖等機(jī)床的主要熱源則是主軸箱內(nèi)軸承、齒輪、離合器等傳動(dòng)副的摩擦引起發(fā)熱，導(dǎo)致主軸及與其連接部分的床身溫度升高，而產(chǎn)生熱變形。圖6-10所示為幾種機(jī)床的熱變形趨勢(shì)。第二節(jié)工藝系統(tǒng)的受力變形和熱變形3.工件熱變形引起的加工誤差工件的熱變形主要是切削熱引起的。熱變形情況與加工方法和受熱是否均勻有關(guān)。在車、磨外圓時(shí)，工件均勻受熱而產(chǎn)生熱伸長(zhǎng)，當(dāng)工件能夠自由伸長(zhǎng)時(shí)，工件的熱變形主要影響尺寸精度，否則，還會(huì)產(chǎn)生圓柱度誤差，加工螺紋時(shí)由于工件熱變形將產(chǎn)生螺距誤差。當(dāng)工件進(jìn)行銑削、刨削、磨削等平面加工時(shí)，工件單面受熱，上下表面溫升不等，從而導(dǎo)致工件產(chǎn)生中凸變形，加工冷卻后，致使已加工表面呈中凹形。4.刀具熱變形引起的加工誤差上一頁(yè)

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返回第二節(jié)工藝系統(tǒng)的受力變形和熱變形在切削過(guò)程中，有部分切削熱傳給刀具，雖然熱量很少，但因刀具體積小，熱容量小，刀具的溫升卻很高，從而引起刀具熱伸長(zhǎng)變形，造成加工誤差;當(dāng)?shù)毒哌B續(xù)切削時(shí)，傳給刀具的切削熱隨時(shí)間不斷增加，刀具的熱伸長(zhǎng)量逐漸增加，使工件產(chǎn)生圓柱度誤差。上一頁(yè)

返回第三節(jié)經(jīng)濟(jì)精度和經(jīng)濟(jì)表面粗糙度前面已講述了車、銑、刨、磨、鉆、鏡等加工方法及所用的機(jī)床、刀具和夾具。顯然，不同的加工方法有各自不同的用途，它們所能達(dá)到的加工精度和表面粗糙度也是不同的。即使是同一種加工方法，使用同一臺(tái)機(jī)床，由于操作者技術(shù)水平、刀具刃磨質(zhì)量、機(jī)床調(diào)整質(zhì)量和切削用量的不同，所得到的加工精度和表面粗糙度也會(huì)有很大的差別。一、經(jīng)濟(jì)精度根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料證明，任何一種加工方法的加工誤差與加工成本之間的關(guān)系，可用圖6-13所示曲線表示)這條曲線可以分成三段:AB段:加工誤差小精度高，但成本太高，不經(jīng)濟(jì)。下一頁(yè)

返回第三節(jié)經(jīng)濟(jì)精度和經(jīng)濟(jì)表面粗糙度

CD段:曲線與橫坐標(biāo)幾乎平行，說(shuō)明加工精度很低，但加工成本不能無(wú)限制下降，它必須消耗這種加工方法所要求的最低成本，所以，既難以保證質(zhì)量，也不經(jīng)濟(jì)。BC段:既可達(dá)到一定的加工精度，又不會(huì)使成本過(guò)高，所以經(jīng)濟(jì)。經(jīng)濟(jì)精度是指每種加工方法在正常生產(chǎn)條件(完好的設(shè)備、使用必要的刀具和夾具、操作者具有熟練的技術(shù)、合理的定額工時(shí))下，能較經(jīng)濟(jì)地達(dá)到的加工精度范圍。經(jīng)濟(jì)精度是由幾種不同加工方法相互比較的結(jié)果。上一頁(yè)

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返回第三節(jié)經(jīng)濟(jì)精度和經(jīng)濟(jì)表面粗糙度如圖6-14所示為車、磨外圓加工成本的比較，可見(jiàn)，當(dāng)零件的加工誤差小于△

A時(shí)，采用磨削比較經(jīng)濟(jì);而當(dāng)零件的加工誤差大于△

A時(shí)，則采用車削比較經(jīng)濟(jì)。△A就是磨削加工經(jīng)濟(jì)精度的下限，同時(shí)也是車削加工經(jīng)濟(jì)精度的上限。加工經(jīng)濟(jì)精度也不是一成不變的，它隨著工藝技術(shù)的發(fā)展，設(shè)備和工藝裝備的改進(jìn)而變化。經(jīng)濟(jì)表面粗糙度的概念與加工經(jīng)濟(jì)精度類似。二、常用加工方法所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度常用加工方法所能達(dá)到的尺寸經(jīng)濟(jì)精度常用加工方法加工外圓柱表面、圓柱形孔、平面、齒形和普通螺紋的尺寸經(jīng)濟(jì)精度見(jiàn)表6-1~表6-5。上一頁(yè)

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返回第三節(jié)經(jīng)濟(jì)精度和經(jīng)濟(jì)表面粗糙度2.常用加工方法所能達(dá)到的形狀經(jīng)濟(jì)精度常用加工方法所能達(dá)到的直線度、平面度、圓度和圓柱度的經(jīng)濟(jì)精度見(jiàn)表6-6,表6-7。3.加工方法能達(dá)到的位置經(jīng)濟(jì)精度常用加工方法所能達(dá)到的平行度、傾斜度、垂直度、同軸度、圓跳動(dòng)、全跳動(dòng)的經(jīng)濟(jì)精度見(jiàn)表6-8,表6-9。加工軸心線相互平行或相互垂直的孔的位置經(jīng)濟(jì)精度見(jiàn)表6-10,表6-11。三、常用加工方法能達(dá)到的表面粗糙度常用加工方法能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)表面粗糙度的參考數(shù)據(jù)見(jiàn)表6-12。上一頁(yè)

返回圖6-1主鈾回轉(zhuǎn)誤差的基本形式返回圖6-2導(dǎo)軌直線度誤差返回圖6-3導(dǎo)軌面間的平行度誤差返回圖6-6慣性力引起的加工誤差返回圖6-7單爪撥盤(pán)傳動(dòng)力的影晌返回圖6-8著力點(diǎn)不當(dāng)引起的加工誤差返回圖6-9自重力引起的加工誤差返回圖6-10幾何機(jī)床的熱變形趨勢(shì)返回圖6-13加工誤差與加工成本關(guān)系曲線返回圖6-14車、磨外圓加工成本的比較返回表6-1外圓柱表面加工尺寸經(jīng)濟(jì)精度